(57)【要約】  ロータリ電磁アクチュエータ（２）は、そのロータ（４）にトルクを加えるための付勢アセンブリ（３０）を含む。そのようなアクチュエータは、内燃機関のポペットバルブを動作させるために使用され得る。付勢アセンブリは、第１の構成と第２の構成との間で移動可能であり、付勢アセンブリは、その第２の構成において、その第１の構成におけるよりも多量のポテンシャルエネルギーを蓄積する。装置は、付勢アセンブリをその第２の構成で選択的に係止するためのラッチ機構（５０）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動装置であって、
ステータと、
ロータであって、前記ロータの回転範囲にわたって前記ステータに対して回転可能なロータと、
前記ロータの前記回転範囲の少なくとも一部分にわたって前記ロータにトルクを加えるための付勢アセンブリと
を含む電磁アクチュエータを有し、
前記付勢アセンブリは、第１の構成と第２の構成との間で移動可能であり、前記付勢アセンブリは、その第２の構成において、その第１の構成におけるよりも多量のポテンシャルエネルギーを蓄積し、および
前記装置は、前記付勢アセンブリをその第２の構成で選択的に係止するためのラッチ機構を含む、作動装置。
【請求項２】
前記ロータの振動中に前記付勢アセンブリをその第２の構成で係止し、かつ前記振動後に前記付勢アセンブリをその第２の構成から解放するように前記ラッチ機構を制御するように動作可能なコントローラを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ロータの全回転中に前記付勢アセンブリをその第２の構成で係止し、かつ前記全回転後に前記付勢アセンブリをその第２の構成から解放するように前記ラッチ機構を制御するように動作可能なコントローラを含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記付勢アセンブリは、弾性を有する機械部品を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ロータは、カム面を画定し、かつ前記付勢アセンブリは、前記カム面と係合するカムフォロアを含み、および前記付勢アセンブリによって蓄積される前記ポテンシャルエネルギーの大きさは、前記カム面による前記カムフォロアの変位の大きさに依存する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記ラッチ機構は、ラッチ部材であって、それが前記付勢アセンブリをその第２の構成で保持する第１の位置と、それが前記付勢アセンブリのその第１の構成および第２の構成間での移動を妨げない第２の位置との間で移動可能なラッチ部材を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記ラッチ機構は、前記ラッチ部材をその第１の位置に向けて付勢する、弾性を有する付勢力を前記ラッチ部材に選択的に加えるように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
請求項５に従属する場合、前記ラッチ部材は、前記ラッチ部材がその第１の位置にあるときに前記カムフォロアの移動を制限する、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記カムフォロアは、ピボットを中心に回転するように装着されており、前記カムフォロアは、前記ピボットから半径方向に外向きに離れるように延在する輪郭部分を含み、および前記ラッチ部材は、その第１の位置にあるとき、前記輪郭部分と係合し、かつ前記輪郭部分が少なくとも１つの方向に前記ピボットの周りで回転しないようにする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置およびさらなる電磁アクチュエータの組み合わせであって、前記ラッチ部材は、それが両方のアクチュエータの前記付勢アセンブリをその第２の構成で保持する第１の位置と、それが前記付勢アセンブリのその第１の構成および第２の構成間での移動を妨げない第２の位置との間で移動可能である、組み合わせ。
【請求項１１】
各アクチュエータの前記付勢アセンブリは、カムフォロアを含み、および前記カムフォロアは、共通のピボットを中心に回転するように装着されている、請求項１０に記載の組み合わせ。
【請求項１２】
各カムフォロアは、前記ピボットから半径方向に外向きに離れるように延在する輪郭部分を含み、および前記ラッチ部材は、その第１の位置にあるとき、各輪郭部分と係合し、かつ各輪郭部分が少なくとも１つの方向に前記ピボットの周りで回転しないようにする、請求項１１に記載の組み合わせ。
【請求項１３】
少なくとも１つのバルブを有する少なくとも１つのシリンダと、請求項１〜９のいずれか一項に記載の作動装置とを含む内燃機関であって、前記アクチュエータは、前記少なくとも１つのバルブを作動させるように構成されている、内燃機関。
【請求項１４】
少なくとも２つのバルブおよび請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の組み合わせを有する少なくとも１つのシリンダを含む内燃機関であって、前記アクチュエータのそれぞれは、それぞれのバルブを作動させるように構成されている、内燃機関。
【請求項１５】
ステータと、
ロータであって、前記ロータの回転範囲にわたって前記ステータに対して回転可能なロータと、
前記ロータの前記回転範囲の少なくとも一部分にわたって前記ロータにトルクを加えるための付勢アセンブリと
を含む電磁アクチュエータを動作させる方法であって、
前記付勢アセンブリは、第１の構成と第２の構成との間で移動可能であり、前記付勢アセンブリは、その第２の構成において、その第１の構成におけるよりも多量の機械的ポテンシャルエネルギーを蓄積し、
前記方法は、前記付勢アセンブリをその第２の構成で選択的に係止するステップを含む、方法。
【請求項１６】
前記付勢アセンブリは、前記ロータの振動中にその第２の構成で係止され、および前記方法は、前記振動後に前記付勢アセンブリをその第２の構成から解放するさらなるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記付勢アセンブリは、前記ロータの全回転中にその第２の構成で係止され、および前記方法は、前記全回転後に前記付勢アセンブリをその第２の構成から解放するさらなるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記アクチュエータは、内燃機関のシリンダのバルブを作動させるように構成されている、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記付勢アセンブリは、前記バルブの開閉の第１のサイクル中にその第２の構成で係止され、かつ前記バルブの開閉の第２の後続のサイクル中にその第２の構成から解放される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁アクチュエータを含む作動装置に関する。アクチュエータは、ステータに対して回転可能なロータを有し、およびアクチュエータは、ロータにトルクを加えるための付勢アセンブリを含む。そのような作動装置は、例えば、内燃機関のポペットバルブを動作させるために使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００４／０９７１８４号パンフレットは、内燃機関のバルブの開閉に使用され得るロータリ電磁アクチュエータについて記載している。１つの例では、弾性を有する片持ちばねアームは、ロータとともに回転する偏心的な表面の外周と接触している。アームは、ロータの回転の一部分にわたって変形されることにより、ポテンシャルエネルギーを蓄積し、このポテンシャルエネルギーは、その後、その回転の後続の部分を通してロータを加速するために使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、作動装置であって、
ステータと、
ロータであって、ロータの回転範囲にわたってステータに対して回転可能なロータと、
ロータの回転範囲の少なくとも一部分にわたってロータにトルクを加えるための付勢アセンブリと
を含む電磁アクチュエータを有し、
付勢アセンブリは、第１の構成と第２の構成との間で移動可能であり、付勢アセンブリは、その第２の構成において、その第１の構成におけるよりも多量のポテンシャルエネルギーを蓄積し、および
装置は、付勢アセンブリをその第２の構成で選択的に係止するためのラッチ機構を含む、作動装置を提供する。
【０００４】
いくつかの動作条件下において、付勢アセンブリは、ポテンシャルエネルギーを蓄積し、次に（ロータに減速トルクをかけ、次に加速トルクをかけることにより）ロータの同じ動作サイクル中にこのエネルギーを放出して、ロータに戻すことが望ましい場合がある。回転範囲にわたって前後に振動するようにロータを動作させる場合、動作サイクルは、１回の振動、すなわち（全回転の一部分にわたる）１つの方向の回転と、次に反対方向に元の向きに達するまで戻る回転とからなると見なされ得る。代わりに、完全に回転するようにロータを動作させる場合、動作サイクルは、ロータの全回転であると見なされ得る。
【０００５】
他の動作条件下では、付勢アセンブリは、ロータにトルクを加えないようにすることが好ましい場合がある。
【０００６】
本発明によれば、付勢アセンブリは、ポテンシャルエネルギーが付勢アセンブリに蓄積されるその第２の構成で選択的に係止される。このように、付勢アセンブリは、その「帯電された」構成で保持され得、それにより、必要に応じて放出してロータに戻すために蓄積エネルギーが利用可能である。これにより、エネルギーを蓄積および放出するための付勢アセンブリの動作が中断された期間後、付勢アセンブリがポテンシャルエネルギーで再充電されるのを待つ必要がなくなる。
【０００７】
装置は、ロータの振動中に付勢アセンブリをその第２の構成で係止し、かつ振動後に付勢アセンブリをその第２の構成から解放するようにラッチ機構を制御するように動作可能なコントローラを含むことができる。
【０００８】
加えてまたは代わりに、あるコントローラまたはそのコントローラは、ロータの全回転中に付勢アセンブリをその第２の構成で係止し、かつ全回転後に付勢アセンブリをその第２の構成から解放するようにラッチ機構を制御するように動作可能であり得る。
【０００９】
したがって、ロータの振動または回転の第１のサイクル中に付勢アセンブリに蓄積されたエネルギーは、次のサイクル中または１つもしくは複数のサイクルの介在後、付勢アセンブリにエネルギーがその間に蓄積される後続のサイクル中に放出され得る。このように、ロータがその回転の一部分を最後まで回転して、その間にエネルギーが付勢アセンブリ内に負荷されるのを待つ必要なしに、必要に応じて放出できる状態でエネルギーを付勢アセンブリに蓄積することができる。
【００１０】
その第１の構成では、付勢アセンブリは、ポテンシャルエネルギーをまったくまたは実質的に蓄積しなくてよい。
【００１１】
付勢アセンブリがその第２の構成から第１の構成に移るとき、付勢アセンブリによって蓄積されたポテンシャルエネルギーは、付勢アセンブリによってトルクをロータに加えることにより、ロータに伝達される。
【００１２】
付勢アセンブリは、例えば、機械的、液圧的または空気圧的に実装され得る。好ましくは、付勢アセンブリは、機械的アセンブリであり、弾性を有する機械部品を含む。この部品は、ひずみエネルギーとしてポテンシャルエネルギーを蓄積し、かつ付勢アセンブリによってロータに及ぼされる付勢力を発生させるように作用することができる。
【００１３】
付勢アセンブリの弾性を有する機械部品は、ばねまたは弾性材料のブロックなどの様々な形態をとり得ることが認識されるであろう。
【００１４】
好適な例では、ロータは、カム面を画定し、かつ付勢アセンブリは、カム面と係合するカムフォロアを含み、および付勢アセンブリによって蓄積されるポテンシャルエネルギーの大きさは、カム面によるカムフォロアの変位の大きさに依存する。より詳細に言えば、その第２の構成にあるときに付勢アセンブリによって蓄積されるポテンシャルエネルギーの大きさは、付勢アセンブリがその第１の構成にあるときの、その位置からのカム面によるカムフォロアの変位の大きさに依存し得る。
【００１５】
ラッチ機構は、ラッチ部材であって、それが付勢アセンブリをその第２の構成で保持する第１の位置と、それが付勢アセンブリのその第１の構成および第２の構成間での移動を妨げない第２の位置との間で移動可能なラッチ部材を含むことができる。
【００１６】
ラッチ機構は、ラッチ部材をその第１の位置に向けて付勢する、弾性を有する付勢力をラッチ部材に選択的に加えるように構成され得る。
【００１７】
したがって、ラッチ部材がその第１の位置へ向けて直ちに移動することができない場合、弾性を有する付勢力は、その後、ラッチ部材がそうすることができるときにその位置へ向けてラッチ部材を移動させるように作用する。
【００１８】
ラッチ部材は、ラッチ部材がその第１の位置にあるときにカムフォロアの移動を制限するように付勢アセンブリのカムフォロアと相互作用することができる。このように、付勢アセンブリのカムフォロアは、機械的ポテンシャルエネルギーがアセンブリによって蓄積される構成で付勢アセンブリを保持するようにラッチ機構によって係止され得る。
【００１９】
好適な構成では、カムフォロアは、ピボットを中心に回転するように装着されており、カムフォロアは、ピボットに対して半径方向に延在する輪郭部分を含み、およびラッチ部材は、その第１の位置にあるとき、輪郭部分が少なくとも１つの方向にピボットの周りで回転しないようにする。
【００２０】
作動装置と組み合わせて、さらなる電磁アクチュエータを設けることができ、ラッチ部材は、それが両方のアクチュエータの付勢アセンブリをその第２の構成で保持する第１の位置と、それが付勢アセンブリのその第１の構成および第２の構成間での移動を妨げない第２の位置との間で移動可能である。
【００２１】
したがって、両方のアクチュエータが同じ動作を実行している場合、単一のラッチ部材を使用して、２つのアクチュエータの付勢アセンブリを同時に係止することができる。このような構成では、各アクチュエータの付勢アセンブリは、カムフォロアを含むことができ、カムフォロアは、共通のピボットを中心に回転するように装着されている。各カムフォロアは、ピボットに対して半径方向に延在する輪郭部分を含むことができ、およびラッチ部材は、その第１の位置にあるとき、各輪郭部分が少なくとも１つの方向にピボットの周りで回転しないようにする。
【００２２】
本発明は、少なくとも１つのバルブを有する少なくとも１つのシリンダと、本明細書に記載の作動装置とを含む内燃機関であって、アクチュエータは、少なくとも１つのバルブを作動させるように構成されている、内燃機関も提供する。この実装形態では、付勢アセンブリを用いて、開閉の１つのバルブサイクル内においてアクチュエータのロータにエネルギーを蓄積および放出するか、または１つのバルブサイクル中にエネルギーを蓄積し、次に後続のバルブサイクル中にエネルギーの放出が必要になるまでこのエネルギーを保持することができる。
【００２３】
本発明は、
ステータと、
ロータであって、ロータの回転範囲にわたってステータに対して回転可能なロータと、
ロータの回転範囲の少なくとも一部分にわたってロータにトルクを加えるための付勢アセンブリと
を含む電磁アクチュエータを動作させる方法であって、
付勢アセンブリは、第１の構成と第２の構成との間で移動可能であり、付勢アセンブリは、その第２の構成において、その第１の構成におけるよりも多量の機械的ポテンシャルエネルギーを蓄積し、
方法は、付勢アセンブリをその第２の構成で選択的に係止するステップを含む、方法をさらに提供する。
【００２４】
付勢アセンブリは、ロータの振動中にその第２の構成で係止され、次に後続の振動においてラッチアセンブリによってその構成から解放されるまでその構成で保持され得る。
【００２５】
同様に、付勢アセンブリは、ロータの全回転中にその第２の構成で係止され、次に後続の全回転においてラッチアセンブリによってその構成から解放されるまでその構成で保持され得る。
【００２６】
例えば、アクチュエータが内燃機関のシリンダのアクチュエータバルブに配置されている場合、付勢アセンブリは、バルブの開閉の第１のサイクル中にその第２の構成で係止され、かつバルブの開閉の第２の後続のサイクル中にその第２の構成から解放され得る。
【００２７】
ここで、添付の概略図面を参照しながら本発明の実施形態を例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ロータリ電磁アクチュエータの対の正面斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による、共通のラッチ機構を含むアクチュエータの対の各部の連続する動作段階における正面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、共通のラッチ機構を含むアクチュエータの対の各部の連続する動作段階における正面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、共通のラッチ機構を含むアクチュエータの対の各部の連続する動作段階における正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図２〜図４に示されている特徴に追加の状況を提供するために、本発明が適用され得るロータリ電磁アクチュエータの一例が図１に示されている。
【００３０】
図１のアクチュエータ２は、ステータ６に回転可能に装着されたロータ４を含む。図示されている構成では、ステータ６は、第２のアクチュエータ８と共有されている。ステータは、ロータの回転軸１２に対してロータの周りで円周方向に均等に間隔を置いて配置された８つのコイル１０を含む。アクチュエータの動作時、ステータ巻線に選択的に通電することによって磁気的に発生したトルクがロータに加えられる。アクチュエータ８のロータは、分かり易くするために図面では省略されている。
【００３１】
カム面１４がロータに形成されている。アーム１６の形態のカムフォロアがカム面と係合している。カムフォロアは、ローラ１８を含み、このローラは、カム面１４に当接している。アームの他方の端部は、シャフト２０に回転可能に装着されている。シャフト２０は、ロータ４の軸受ハウジングによって支持されている。この軸受ハウジングは、分かり易くするために図１では省略されている。シャフト２０の露出部分は、軸受ハウジングの穴内に圧入されている。
【００３２】
カムフォロアアーム１６は、付勢アセンブリ３０によってカム面１４と係合するように付勢されている。このアセンブリは、板ばね３２を含む。板ばねは、第１の端部３４でステータ６に旋回可能に装着されている。板ばねの第２の反対側端部３６は、カムフォロアアーム１６に当接して、それを下方にカム面１４に向けて付勢している。板ばね、カムフォロアおよびカム面は、付勢アセンブリがロータに向けて力を加えるのではなく、ロータ軸１２の一方の側に作用する力をロータに加えることができるように構成されており、それにより、この軸の周りでトルクを発生させる。
【００３３】
好適なカム面の構成は、本出願人らによって出願された同時係属中の英国特許出願に開示されている。図１に示されている付勢アセンブリは、ロッキングシリンダ４０の形態の拘束部材を含む。この態様も、本出願人らによって出願された同時係属中の英国特許出願の主題である。
【００３４】
図２〜図４は、本発明の一実施形態による、共通のラッチ機構を有する電磁アクチュエータの対の各部の端面図を示す。アクチュエータの他の特徴は、分かり易くするために図面では省略されている。
【００３５】
図面は、共通のラッチ機構が２つのアクチュエータと相互作用する実装形態を図示しているが、他の例では、各アクチュエータを他のものから独立して係止することができるように、システムのそれぞれのアクチュエータと関連付けさせて専用のラッチ機構を設けることが好ましい場合があることが認識されるであろう。
【００３６】
それにもかかわらず、いくつかの用途では、隣接するアクチュエータの対は、それらの付勢アセンブリが同時に係合解除された向きに係止されることが必要である場合がある。それらの状況では、共通のラッチ機構を使用することは、２つの独立した機構を使用することに比べて重量およびコストの低減ならびに制御の簡易化の点で有益な場合がある。例えば、アクチュエータの対を用いて、内燃機関のシリンダの吸気バルブの対または排気バルブの対を動作させる場合、共通のラッチ機構を使用することが適切な場合がある。
【００３７】
図２〜図４に示されている構成の同一または対応する特徴を識別するために、図１におけるのと同じ参照番号が図２〜図４で使用されている。
【００３８】
図２〜図４に示されている構成では、２つのカムフォロアアーム１６は、共通のシャフト２０に旋回可能に装着されている。各カムフォロアアームの先端部は、図２および図３では、関連するロータ４のそれぞれのカム面１４と係合している。
【００３９】
図２および図３では、ラッチ部材またはラッチ部材のピン５０は、カムフォロアアーム１６から離間した位置に配置されている。
【００４０】
カムフォロアアーム１６は、それらが輪郭部分または出張り５２および５４も含むという点で、図１に示されているアームと異なる。出張り５２は、図２の右側のカムフォロアアームに一体化された部分である一方、出張り５４は、図２の左側のカムフォロアアームに一体化された部分である。各出張りは、関連するカムフォロアアームからシャフト２０に対して半径方向に外向きの方向に延在または突出している。
【００４１】
カムフォロアアーム１６のそれぞれは、それぞれのローラ１８を対応するカム面１４と係合するように付勢する方向に付勢されている。この付勢力は、各カムフォロアアームに形成された突出部５６、５８と係合するそれぞれの付勢アセンブリ（図示せず）によってもたらされる。
【００４２】
図２および図３に示されているように、ラッチ部材５０がその係合解除位置にあると、カム面１４の半径が増減するにつれて、カムフォロアアームがシャフトの周りで旋回することが可能であることがわかり得る。図３の構成では、ローラ１８がカム面１４の突起６０および６２と係合しているとき、カムフォロアアームは、上方に旋回する。その結果、突出部５６および５８と係合しているそれぞれの付勢アセンブリの部分がずれる。これにより、各付勢アセンブリの弾性を有する部品に機械的ポテンシャルエネルギーが蓄積される。これは、図１に示されている板ばね３０のような弾性を有する機械部品の形態であり得る。
【００４３】
ラッチ部材５０を含むラッチ機構は、シャフト２０に向けた方向にラッチ部材を落下させるかまたは押すように動作可能である。これにより、部材は、それがカムフォロアアームから離間している図３に示されている場所から、図４に示されている位置へ移動し、そこで、部材は、出張り５２および５４間に位置している。ラッチ部材が図４に示されている位置にあるとき、ラッチ部材は、それぞれの付勢アセンブリの影響下でカムフォロアアームがそれぞれのロータ４の方に向けて回転することを阻止する。この位置において、ラッチ部材は、各付勢アセンブリが機械的ポテンシャルエネルギーを蓄積する構成でそれを係止する。したがって、図４に示されているように、突出部６０および６２が、その後、ローラ１８から離れて回転するとき、ローラがカム面１４の半径の減少に追従しないようにする。
【００４４】
図４に見られるように、各出張りは、それぞれのカムフォロアアームに対してラッチ部材の反対側に配置されている。したがって、各付勢アセンブリは、互いの方に向けて出張りを付勢するように作用し、したがって、ラッチ部材は、２つの出張り間に挟まれ、その両方がさらに回転することを阻止する。
【００４５】
それぞれの付勢アセンブリによってもたらされるトルクおよびエネルギーの再利用を導入することなく、ロータ４の１つまたは複数の動作サイクルを行う必要があるとき、ラッチ機構を用いて、カムフォロアアームを図４に示されている上昇位置に保持することができる。その後、それぞれのアクチュエータが、それぞれの付勢アセンブリに蓄積されたエネルギーをロータに伝達することが望まれるサイクルを実行する必要があるとき、ラッチ機構は、図４に示されている係合された位置から、図２および図３に示されている係合解除位置までラッチ部材５０を引き込ませる。
【００４６】
ラッチ機構は、ラッチ部材５０をある位置から他の位置に移動させるための双方向アクチュエータを含むことができる。アクチュエータは、例えば、ソレノイドのような電磁アクチュエータであり得、または代わりに空気圧もしくは液圧アクチュエータの形態であり得る。
【００４７】
ラッチ機構は、ラッチ部材５０をその係合された位置に向けて弾性的に付勢するように動作可能であるように構成され得る。したがって、出張り５２および５４のいずれかまたは両方が、図２に示されているように位置しているため、ラッチ部材が最初に係合された位置へ移動することができない場合、ラッチ機構は、ピンを出張りの上面に対して付勢するように作用し、それにより出張りが離間するように移動し、付勢アセンブリにエネルギーが蓄積されると、その係合された位置へ移動するようにする。
【００４８】
ローラ１８がカム面のそれぞれの突起６０および６２と接近しているかまたは係合されているとき、その係合された位置から係合解除位置にのみ移動するようにラッチ機構を制御することができる。これにより、付勢アセンブリに蓄積されたエネルギーが確実にそれぞれのロータに伝達される。
【図１】
2019529791.tif 000003
【図２】
2019529791.tif 000004
【図３】
2019529791.tif 000005
【図４】
2019529791.tif 000006
【国際調査報告】
2019529791.tif 000007
2019529791.tif 000008